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Patent Searching and Data


Title:
STATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/183657
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a stator (1) for an electric machine, comprising multiple grooves for receiving a respective at least one electrical conductor, wherein, in addition to the at least one electrical conductor, a respective at least one coolant channel is arranged in at least several of the grooves, and a potting compound is arranged in the remaining volume of the grooves. At least several of the coolant channels are fluidically connected to one another in the region of at least one axial stator end surface (9) via at least one collection channel (10) having at least one collection channel wall (11).

Inventors:
EILENBERGER, Andreas (Frauenberggasse 8A, 3552 Lengenfeld, 3552, AT)
Application Number:
AT2019/060106
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
March 27, 2019
Export Citation:
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Assignee:
MIBA AKTIENGESELLSCHAFT (Dr.-Mitterbauer-Str. 3, 4663 Laakirchen, 4663, AT)
International Classes:
H02K9/19; H02K1/20; H02K11/25; H02K15/02
Foreign References:
US20170063200A12017-03-02
EP2372882A12011-10-05
JP2006174637A2006-06-29
US20130140924A12013-06-06
DE102014213159A12016-01-07
US20110133580A12011-06-09
Attorney, Agent or Firm:
ANWÄLTE BURGER UND PARTNER RECHTSANWALT GMBH (Rosenauerweg 16, 4580 Windischgarsten, 4580, AT)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Stator (1) für eine elektrische Maschine, mit mehreren Nuten (5) zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter (6), wobei in zumindest einigen der Nuten (5) zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter (6) jeweils zumindest ein Kühlmit telkanal (7) und im verbleibenden Restvolumen der Nuten (5) eine Vergussmasse (8) ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle (7) im Bereich zumindest einer axialen Statorstimfläche (9) über zumindest einen Sammelkanal (10) mit zu mindest einer Sammelkanalwand (11) miteinander Strömung s verbunden sind.

2. Stator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) zumindest teilweise aus einem Polymer besteht.

3. Stator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus der Vergussmasse (8) für die Nuten (5) hergestellt ist.

4. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) und die Vergussmasse (8) in den Nuten (5) einteilig ausgebildet sind.

5. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) die Stator Stirnfläche (9) zur Gänze abdeckt.

6. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (10) als Ringkanal ausgebildet ist.

7. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierung (13) für die elektrischen Leiter (6) in der zumindest Sammelkanalwand (11) eingegossen ist.

8. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindest ein Temperatursensor (14) in die zumindest eine Sammelkanalwand (11) eingegossen ist.

9. Elektrische Maschine umfassend einen Stator (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) für eine elektrische Maschine, in dem mehreren Nuten (5) zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter (6) ausgebildet werden, wobei in zumindest einigen der Nuten (5) zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter (6) jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal (7) ausgebildet wird und das verbleibende Restvolumen der Nuten (5) mit einer Vergussmasse (8) ausgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle (7) im Bereich zumin dest einer axialen Statorstimfläche (9) über zumindest einen Sammelkanal (10), der mit zu mindest einer Sammelkanalwand (11) ausgebildet wird, miteinander verbunden werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkanal wand (11) zumindest teilweise aus einem Polymer oder dessen Vorstufe hergestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumin dest eine Sammelkanalwand (11) aus der Vergussmasse (8) für die Nuten (5) hergestellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sammelkanalwand (11) einstückig mit dem Verguss der Nuten (5) aus der Vergussmasse (8) hergestellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausbildung der Kühlmittelkanäle (7) vor dem Einbringen der Vergussmasse in die Nu ten (5) Lormstäbe (18) oder Lormrohre in die Nuten (5) eingeführt werden, und dass zusätz lich vor dem Einbringen der Vergussmasse in die Nuten (5) die elektrischen Leitern (6) in die Nuten (5) eingebracht werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstäbe (18) oder Formrohre für die Ausbildung der Kühlmittelkanäle (7) in einer Vorrichtung eingebracht werden, in der auch die elektrischen Leitern (6) in die Nuten (5) eingebracht werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die

Formstäbe (18) oder Formrohre nach den elektrischen Leitern (6) oder gleichzeitig mit den elektrischen Leitern (6) in die Nuten (5) eingebracht werden.

17. Vergusswerkzeug zum Ausfüllen von Nuten (5) zur Aufnahme von jeweils zu mindest einem elektrischen Leiter (6) eines Stators (1) für eine elektrische Maschine mit einer Vergussmasse (8) umfassend einen Kemstab (17), mit dem die Vergussmasse (8) in die Nuten (5) verdrängt werden kann, sowie mehrere Formstäbe (18) oder Formrohre, die zur Ausbil dung von Kühlmittelkanälen (7) in die Nuten (5) eingeführt werden können, dadurch gekenn zeichnet, dass weiter zumindest eine Abdeckung (19) angeordnet ist, wobei in der Abdeckung (19) ein Formelement (20) zur Ausbildung eines Sammelkanals (10), mit dem zumindest ein zelne der Kühlmittelkanäle (7) Strömung s verbunden werden können, angeordnet ist.

18. Vorrichtung zum Einbringen von elektrischen Leitern (6) in einen Stator (1) oder Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend Zuführelemente für die Einführung der elektrischen Leiter (6) in Nuten (5) eines Blechpakets für die Herstellung des Stators (1) oder Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest ein Zuführelement für die Einfüh rung von Formstäbe (18) oder Formrohre in die Nuten (5) als Platzhalter für die Ausbildung von Kühlmittelkanälen (7) angeordnet ist.

Description:
Stator

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, mit mehreren Nuten zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter, wobei in zumindest einigen der Nuten zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter jeweils zumindest ein Kühlmit telkanal und im verbleibenden Restvolumen der Nuten eine Vergussmasse angeordnet ist.

Weiter betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine umfassend einen Stator.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, in dem mehreren Nuten zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter ausgebildet werden, wobei in zumindest einigen der Nuten zusätzlich zu dem zumin dest einen elektrischen Leiter jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal ausgebildet wird und das verbleibende Restvolumen der Nuten mit einer Vergussmasse ausgefüllt wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Vergusswerkzeug zum Ausfüllen von Nuten zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter eines Stators für eine elektrische Maschine mit einer Vergussmasse umfassend einen Kernstab, mit dem die Vergussmasse in die Nuten verdrängt werden kann sowie mehrere Lormstäbe oder Lormrohre, die zur Ausbildung von Kühlmittelkanälen in die Nuten eingeführt werden können.

Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Einbringen von elektrischen Leitern in einen Stator oder Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend Zuführelemente für die Einführung der elektrischen Leiter in Nuten eines Blechpakets für die Herstellung des Stators oder Rotors.

Es ist bekannt, dass in einem Stator einer elektrischen Maschine im Betrieb einerseits im Blechpaket und andererseits in den Wicklungen Wärme entsteht. Aus diesem Grund werden Statoren gekühlt, wobei im Stand der Technik unterschiedlichste Ausführungen von Kühlun gen beschrieben wurden. Eine sehr effektive Kühlung ist jene, die das Kühlmedium in unmittelbare Nähe der Wärme quellen bringt. So beschreibt z.B. die DE 10 2014 213 159 Al eine Anordnung zur Statorküh lung für einen elektrischen Motor, mit einem Statorblechpaket, umfassend eine Vielzahl axial aneinandergereihter Statorbleche sowie mehrere in dem Statorblechpaket axial verlaufende Wicklungsnuten zur Aufnahme zugehöriger Statorwicklungen wobei in jede der Wicklungs nuten eine in einem der Statorbleche ausgebildete Radialausnehmung mündet, wobei die Ra dialausnehmung zur Zuführung von Kühlflüssigkeit mit einer an dem Statorblechpaket vorge sehenen Kühlflüssigkeitsleitung kommuniziert.

Die US 2011/0133580 Al beschreibt eine Ausführungsvariante einer Nutkühlung, bei der in der Vergussmasse für die Nut, die aus Isolierungsgründen eingebracht wird, Kühlmittelkanäle ausgebildet werden. Von Vorteil ist dabei, dass keine zusätzlichen Kühlkanäle gebohrt wer den müssen oder entsprechende Rohrleitungen dafür vorgesehen werden müssen. Offen lässt diese Druckschrift allerdings, wie die Kühlkanäle in die weitere Kühlmittelführung eingebun den werden können.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten nutgekühlten Stators für eine elektrische Maschine.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Stator dadurch gelöst, dass zu mindest einige der Kühlmittekanäle im Bereich zumindest einer axialen Stator Stirnfläche über zumindest einen Sammelkanal mit zumindest einer Sammelkanalwand miteinander Strö mung s verbunden sind.

Weiter wird die Aufgabe mit der eingangs genannten elektrischen Maschine gelöst, bei der der Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Zudem wird die Erfindung durch das eingangs genannte Verfahren gelöst, nach dem vorgese hen ist, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle im Bereich zumindest einer axialen Stator- stimfläche über zumindest einen Sammelkanal, der mit zumindest einer Sammelkanalwand ausgebildet wird, miteinander strömungsverbunden werden. Die Erfindung wird auch mit dem eingangs genannten Vergusswerkzeug gelöst, bei dem zu mindest eine Abdeckung angeordnet ist, wobei in der Abdeckung ein Formelement zur Aus bildung eines Sammelkanals, mit dem zumindest einzelne der Kühlmittelkanäle strömungs verbunden werden können, angeordnet ist.

Zudem wird die Aufgabe der Erfindung auch mit der eingangs genannten Vorrichtung zum Einbringen von elektrischen Leitern in einen Stator oder Rotor für eine elektrische Maschine gelöst, bei der zusätzlich zumindest ein Zuführelement für die Einführung von Formstäben oder Formrohren in die Nuten als Platzhalter für die Ausbildung von Kühlmittelkanälen ange ordnet ist.

Von Vorteil ist dabei, dass durch die stimseitige Aufteilung des Kühlmittels auf die Kühlmit telkanäle eine kompakte Möglichkeit zur Zuführung von Kühlmittel in die Nuten eines Stators erreicht werden kann. Dadurch ist es möglich, den für die elektrische Maschine zur Verfü gung stehenden Bauraum zur Erhöhung der erreichbaren Leistung zu nutzen. Es ist damit auch die Einbindung der Kühlkanäle in das Kühlsystem einfacher darstellbar.

Durch die Einführung der Platzhalter für die Kühlmittelkanäle bereits in der„Wickelma schine“ für die die Einbringung der elektrischen Leiter kann das Verfahren zur Herstellung des Stators einer elektrischen Maschine deutlich vereinfacht werden, da ein zusätzlicher Ar beitsschritt entfällt. Zudem ist damit die automatisierte Aufteilung der Nutvolumina auf die Leiter und die Platzhalter für die Kühlmittelkanäle mit geringerer Wahrscheinlichkeit einer Fehlanordnung realisierbar.

Nach einer Ausführungsvariante des Stators bzw. des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Sammelkanalwand zumindest teilweise aus einem Polymer besteht bzw. aus einem zumindest teilweise aus einem Polymer oder dessen Vorstufe hergestellt wird, um damit das magnetische Feld der elektrischen Maschine im Betrieb möglichst wenig zu beein flussen. Zudem kann damit die Korrosionsbeständigkeit des Kühlsystems verbessert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Stators bzw. des Verfahrens kann vorge sehen sein, dass das Polymer aus der Vergussmasse für die Nuten hergestellt ist bzw. dass die zumindest eine Sammelkanalwand aus der Vergussmasse für die Nuten hergestellt wird. Es kann damit die Materialverträglichkeit der im Stator eingesetzten Werkstoffe verbessert wer den, insbesondere in Hinblick auf unterschiedliche W rmedehnungen. Zudem können damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert und somit die Herstellkosten des Stators re duziert werden.

Von Vorteil ist weiter, wenn nach einer weiteren Ausführungsvariante des Stators bzw. des Verfahrens die zumindest eine Sammelkanalwand und die Vergussmasse in den Nuten eintei lig bzw. einstückig ausgebildet sind bzw. werden. Es kann damit die Systemintegrität verbes sert werden. Insbesondere können damit Undichtigkeiten besser vermieden werden.

Als Zusatzeffekt kann nach einer weiteren Ausführungsvariante die zumindest eine Sammel kanalwand als Schutz für den Stator eingesetzt werden, wozu vorgesehen werden kann, dass die zumindest eine Sammelkanalwand die Stator Stirnfläche zur Gänze abdeckt.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante des Stators kann vorgesehen sein, dass der Sam melkanal als Ringkanal ausgebildet ist, wodurch dieser einfacher aus der Vergussmasse bzw. einem Polymer bzw. dessen Vorstufe herstellbar ist.

Die zumindest eine Sammelkanalwand kann nach weiteren Ausführungsvarianten des Stators auch dazu genutzt werden, um darin eine Kontaktierung für die elektrischen Leiter und/oder einen Temperatursensor einzugießen, wodurch eine weitere Reduktion der Herstellkosten des Stators erreicht werden kann. Mit Hilfe des Temperatursensors kann zudem ein vorbestimm bares Temperaturniveau des Stators im Betrieb aufrechterhalten werden, indem dieser in eine entsprechende Regelung bzw. Steuerung der Statorkühlung eingebunden wird.

Bevorzugt werden bei dem Verfahren zur Ausbildung der Kühlmittelkanäle vor dem Einbrin gen der Vergussmasse Formstäbe oder Formrohre in die Nuten eingeführt, und zusätzlich ebenfalls vor dem Einbringen der Vergussmasse die elektrischen Leitern in die Nuten einge bracht. Es sind damit keine Platzhalter für die Einführung der elektrischen Leiter in die Nuten erforderlich.

Dabei werden gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens die Formstäbe oder Formrohre für die Ausbildung der Kühlmittelkanäle in einer Vorrichtung eingebracht, in der auch die elektrischen Leitern in die Nuten eingebracht werden. Wie voranstehend bereits aus geführt, kann damit eine zusätzliche Arbeitsstation eingespart werden, wodurch der Verfah rensablauf vereinfacht werden kann.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass die Formstäbe o- der Formrohre nach den elektrischen Leitern oder gleichzeitig mit den elektrischen Leitern in die Nuten eingebracht werden. Es ist damit möglich, durch das Einbringen der Formstäbe o- der Formrohre die elektrischen Leiter innerhalb der Nuten noch geringfügig verschieben, so- dass mit dem Einbringen der Formstäbe oder Formrohre gleichzeitig auch eine Positionierung der elektrischen Leiter in den Nuten erfolgen kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Stator in Ansicht in axialer Richtung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Stator im Bereich einer Nut zur Aufnahme der elektri schen Leiter;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Stators im Bereich einer Nut zur Aufnahme der elektrischen Leiter;

Fig. 4 einen Stator in Seitenansicht geschnitten;

Fig. 5 eine Ausführungsvariante des Stators in Stimansicht;

Fig. 6 eine Ausführungsvariante eines Vergusswerkzeuges im Teilschnitt.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer- den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In Fig. 1 ist ein Stator 1 für eine elektrische Maschine in Stimseitenansicht gezeigt. Die elekt rische Maschine ist insbesondere ein Motor oder ein Generator.

Prinzipiell sind derartige elektrische Maschinen sowie die hierfür verwendeten Statoren aus dem Stand der Technik bekannt, sodass zu weiteren Einzelheiten dazu auf diesen einschlägi gen Stand der Technik verwiesen sei. Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber nur so viel erwähnt, dass die elektrische Maschine vorzugsweise auch einen Rotor umfasst, der unter Ausbildung eines Luftspalts zum Stator 1 in der elektrischen Maschine angeordnet ist. Der Rotor kann beispielsweise auf einer Welle verdrehfest angeordnet sein. Durch die im Betrieb der als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine wird aufgrund der erzeugten Mag netfelder der Rotor in eine Drehbewegung versetzt. Der Stator 1 ist aber prinzipiell auch ohne Rotor für die Erzeugung eines Drehfeldes einsetzbar.

Der Rotor an sich kann dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein.

Der Stator 1 umfasst eine Anzahl von in einer Axialrichtung 2 (Fig. 4) hintereinander ange ordneten Blechelementen 3 (insbesondere Elektrobleche), die miteinander zu einem Blechpa ket verbunden sind, wie dies an sich bekannt ist. In diesen Blechelementen 3 sind in einer Ra dialrichtung 4 nach innen offene Nuten 5 ausgebildet. Die genaue Anzahl an Nuten 5 richtet sich dabei nach der gewünschten Größe bzw. Leistung der elektrischen Maschine.

Die Nuten 5 können unterschiedlichste Querschnittsformen (in Richtung der Axialrichtung 2 betrachtet) aufweisen, wie dies in Fig. 1 anhand von Nuten 5, die im linken unteren Quadran ten dargestellt sind, angedeutet ist. Beispielsweise können die Nuten 5 eine runde, eine ovale, eine rechteckförmige, eine quadratische, eine trapezfömige, etc. Querschnittsform aufweisen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Nuten 5 eines Stators 1 vorzugsweise alle die glei che Querschnittsform aufweisen, wenngleich auch Mischvarianten mit zumindest zwei unter schiedlichen Querschnittsformen möglich sind.

Die Nuten 5 sind im radial inneren Endbereich offen ausgebildet. Vorzugsweise ist dieser Be reich am schmälsten ausgeführt, sodass die Nuten 5 also in der Radialrichtung 4 nach außen hin breiter werden (jeweils im Querschnitt in der Radialrichtung 4 betrachtet).

Die Nuten 5 dienen der Aufnahme von zumindest einem elektrischen Leiter 6 je Nut 5. Die elektrischen Leiter 6 bilden die Statorwicklungen. Diese sind in Fig. 1 lediglich in einer Nut 5 angedeutet.

Die elektrischen Leiter 6 können aus einem Draht gefertigt sein. Der Draht kann beispiels weise also Runddraht (Fig. l) oder als Flachdraht (Fig. 2) ausgeführt sein. Ebenso können die Statorwicklungen 6 bevorzugt als sogenannte Hairpins oder I-Pins ausgeführt sein.

Pro Nut 5 können ein oder mehrere elektrische Leiter 6 vorgesehen sein, wie dies anhand von vier elektrischen Leitern 6 beispielhaft in den Fig. 1 oder sechs elektrischen Leitern 6 bei spielhaft in den Fig. 2 und 3 angedeutet ist. Die konkret dargestellte Anzahl an elektrischen Leitern 6 ist allerdings nicht beschränkend zu verstehen. Weiter ist auch die in den Fig. konk ret dargestellte Lage und deren Ausrichtung der elektrischen Leiter 6 innerhalb der Nuten 5 nicht beschränkend zu verstehen.

Zusätzlich zu den elektrischen Leitern 6 ist in zumindest einigen der Nuten 5, vorzugsweise in sämtlichen Nuten 5, jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal 7 angeordnet. Diese Kühlmittelka näle 7 dienen der Aufnahme eines Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, die zur Kühlung des Stators 1 diese Kühlmittelkanäle 7 durchströmt.

Es können bei Bedarf auch mehrere Kühlmittelkanäle 7 in zumindest einzelnen der Nuten 5 angeordnet sein, beispielsweise zwei oder drei, die gegebenenfalls auch in unterschiedlichen Richtungen von dem Kühlfluid durchströmt werden. Die genaue Lage des Kühlmittelkanals 7, wie diese in den Figuren dargestellt ist, ist nicht li mitierend zu verstehen. Ebenso ist die dargestellte Querschnittsform nicht limitierend zu ver stehen. Die Kühlmittelkanäle können kreisrund, oval, rechteckig, quadratisch, etc. ausgeführt sein (jeweils im Querschnitt in der Radialrichtung 4 betrachtet).

Vorzugsweise ist der zumindest eine Kühlmittelkanal 6 in der Nut 5 anschließend an den ra dial inneren Beginn der Nut 5 (insbesondere in der Radialrichtung 4 nach außen und anschlie ßend an den verengten Bereich der Nut 5), wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, oder in der Nut 5 und (unmittelbar) anschließend an den radial äußeren Nutengrund, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, angeordnet bzw. ausgebildet.

Bevorzugt ist der Stator 1 im Vollvergussverfahren hergestellt, wie dies nachstehend noch nä her erläutert wird. Dabei wird der Raum zwischen den elektrischen Leitern 6 in den Nuten 5 mit einer Vergussmasse 8 ausgefüllt, wie dies anhand eines Ausschnitts aus dem Stator 1 im Bereich einer Nut 5 in Fig. 2 bzw. Fig. 3 dargestellt ist. Die Vergussmasse kann dem Stand der Technik entsprechen, beispielsweise ein duroplastisches Gießharz sein. Beispiele für der artige Gießharze sind Polyesterharze, Epoxidharze, etc..

Es ist nun vorgesehen, dass zumindest einige der Kühlmittekanäle 7, vorzugsweise sämtliche Kühlmittelkanäle 7, im Bereich zumindest einer axialen Stator Stirnfläche 9 über zumindest einen Sammelkanal 10, der zumindest eine Sammelkanalwand 11 aufweist, miteinander ver bunden sind, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Der zumindest eine Sammelkanal 10 dient der Zuführung des Kühlfluids zu den Kühlmittel kanälen 7. Nachdem das Kühlfluid über den Sammelkanal 10 auf die Kühlmittelkanäle 7 ver teilt wird, kann dieser auch als Verteilkanal bezeichnet werden.

Obwohl es prinzipiell möglich ist, dass das Kühlfluid aus den Kühlmittelkanälen 7 auf der dem zumindest einen Sammelkanal 10 entlang der Axialrichtung 2 gegenüberliegenden Ende des Stators 1 einzeln pro Kühlmittelkanal 7 abgezogen wird, wird eine Ausführung bevorzugt, bei der auch an diesem anderen Endbereich ein Sammelkanal 10 mit zumindest einer Sam melkanalwand 11 angeordnet ist, in dem das Kühlfluid für den weiteren Abtransport, z.B. zu einem Wärmetauscher des Kühlsystems, gesammelt wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Zumindest einzelne, insbesondere sämtliche, Kühlmittelkanäle 7 erstrecken sich von dem Sammelkanal 10 an einer Stirnseite des Stators 1 durch die Nuten 5 in den Blechelementen 3 in der Axialrichtung 2 hindurch und münden in den zweiten Sammelkanal 10 an der anderen Stirnseite des Stators 1. Die Kühlmittelkanäle 7 werden dabei bevorzugt ausschließlich durch die Nutfüllung, also insbesondere die Vergussmasse 8, gebildet, d.h. es sind keine eigenen Rohr- bzw. Schlauchleitungen hierfür vorgesehen. Somit werden die Seitenwände der Kühl mittelkanäle von der Nutfüllung, insbesondere der Vergussmasse 8, gebildet.

Prinzipiell ist es aber möglich, wenngleich nicht bevorzugt, dass die Kühlmittelkanäle 7 durch gesonderte Rohr- bzw. Schlauchleitungen gebildet werden, die vor dem Ausfüllen der Nuten 5 in diese eingeführt werden.

In der voranstehend beschriebenen Ausführungsvariante des Stators 1 strömt das Kühlfluid von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite des Stators 1 und verlässt dann an dieser Stirnseite den Stator 1. Die Zufuhr und die Abfuhr des Kühlfluids zum und vom Stator 1 erfolgt also auf verschiedenen Seiten des Stators 1. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Kühl fluid an einer Stirnseite des Stators 1 umgelenkt wird und wieder durch den Stator 1 in der entgegengesetzten Richtung strömt. Die Zu- und die Abfuhr des Kühlfluids kann also auch an einer Stirnseite des Stators 1 erfolgen. Für diesen Fall sind auf den beiden Stirnseiten des Sta tors 1 jeweils nur einige der Kühlmittelkanäle 7, insbesondere jeweils die Hälfte der Gesamt anzahl, mit dem jeweiligen Sammelkanal 10 für die Zufuhr bzw. die Abfuhr des Kühlfluids verbunden. Der Sammelkanal 10 für die Zufuhr des Kühlfluids zu und der Sammelkanal 10 für die Abfuhr des Kühlfluids aus den Kühlmittelkanälen 7 sind an einer Stirnseite des Stators 1 angeordnet. Auf der zweiten Stirnseite des Stators 1 kann sich ein weiterer Sammelkanal 10 befinden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Kühlmittelkanäle 7 an dieser zwei ten Stirnseite des Stators 1 eine Umlenkung aufweisen, also beispielsweise U-förmig ausge bildet sind.

Obwohl die Herstellung des Sammelkanals 10 bzw. der Sammelkanäle 10 aus der Verguss masse 8, mit der auch die Nuten 5 ausgegossen werden, die bevorzugte Ausführungsvariante des Stators 1 ist, kann für deren Herstellung generell ein Polymer oder dessen Vorstufe ver wendet werden. Es ist weiter auch möglich, dass für das Ausfüllen der Nuten 5 ein Polymer oder dessen Vorstufe verwendet wird, insbesondere das Polymer, dass gegebenenfalls für die Herstellung des zumindest einen Sammelkanals 10 verwendet werden. Im Falle des Einsatzes einer Vorstufe für das Polymer kann dieses nach dem Befüllen der Nuten 5 polymerisiert wer den. Die Vergussmasse 8 wird hingegen üblicherweise quervernetzt.

Unter einem Polymer wird im Sinne der Erfindung ein aus organischen, synthetischen oder natürlichen, Makromolekülen aus miteinander verbundenen Monomeren bestehender Werk stoff verstanden.

Die Sammelkanalseitenwand 11 besteht bevorzugt zu 100 % aus dem Polymer bzw. der Ver gussmasse 8. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass dem Polymer oder der Verguss masse 8 Zusatzstoffe zugesetzt werden, beispielsweise Keramik- oder Metall-Filamente, um damit eine Versteifung der Sammelkanalseitenwand 11 zu erreichen. Ebenso können ander- w artige Versteifungselemente, wie beispielsweise gitterförmige oder stabförmige Verstei fungselemente, in die Sammelkanalseitenwand 11 eingebettet werden.

Der Sammelkanal 10 bzw. die Sammelkanalwand 11 kann als gesondertes Bauteil hergestellt und danach mit den Kühlmittelkanälen 7 verbunden werden. Bevorzugt wird jedoch der zu mindest eine Sammelkanal 10, d.h. die zumindest eine Sammelkanalwand 11, mit den Kühl mittelkanälen 7, d.h. mit der Vergussmasse 8 der Nuten 5, einteilig ausgebildet.

Die zumindest eine Sammelkanalwand 11 bzw. die Sammelkanalwände 11 können nur einen Teilbereich der Stator stirnfläche(n) 9 abdecken, sodass also die Endbleche des Blechpaketes des Stators 1 bei Betrachtung in Richtung der Axialrichtung 2 noch teilweise sichtbar sind. Bevorzugt ist jedoch nach einer Ausführungsvariante des Stators 1 vorgesehen, dass die zu mindest eine Sammelkanalwand 11 die Stator Stirnfläche 9 zur Gänze abdeckt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Aus Übersichtsgründen wurde in Fig. 5 auf die Darstellung der Nuten 5 ver zichtet. Zu sehen ist jedoch in strichlierten Linien der Sammelkanal 10 und das Ende der Kühlmittelkanäle 7.

Fig. 5 zeigt auch noch eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Stators 1, bei der der zumindest eine Sammelkanal 10 als Ringkanal ausgeführt ist. Prinzipiell kann der Sammelka nal 10 aber auch eine andere, geeignete Form aufweisen. Hinsichtlich der Querschnittsform des Sammelkanals 10 (in Richtung einer Umfangsrichtung 12 des Stators 1 betrachtet), also der offenen Querschnittsfläche zwischen der zumindest ei nen Sammelkanalwand 11, kann dieser kreisrund, oval, quadratisch, rechteckig, etc. ausge führt sein.

Nach weiteren Ausführungsvarianten des Stators 1 kann vorgesehen sein, dass in die zumin dest eine Sammelkanalwand 11 zumindest ein weiteres Bauteil eingebettet wird. Beispiels weise kann eine Kontaktierung für die elektrischen Leiter 6 und/oder zumindest ein Tempera tursensor 14 in die zumindest eine Sammelkanalwand 11 eingegossen werden. Die Kontaktie rung 13 und der Temperatursensor 14 sind in Fig. 5 lediglich strichliert angedeutet dargestellt.

Wie voranstehend ausgeführt, ist gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Stators 1 für eine elektrische Maschine bevorzugt vorgesehen, dass in zumindest mehreren der Nuten 5 zur Auf nahme der elektrischen Leiter 6 Kühlmittelkanäle 7 durch das Ausgießen der Nuten 5 mit der Vergussmasse 8 ausgebildet werden, und dass zumindest einige der Kühlmittekanäle 7 im Be reich zumindest einer der axialen Statorstimflächen 9 über den zumindest einen Sammelkanal 10 miteinander Strömung s verbunden werden. Für das Herstellen der Sammelkanalwand 11 kann ein Polymer oder dessen Vorstufe oder insbesondere die Vergussmasse 8 zum Ausfüllen der Nuten 5 verwendet werden.

Das Ausgießen der Nuten 5 erfolgt vorzugsweise im Vollvergussverfahren. Dabei wird, wie in Fig. 6 dargestellt ist, das mit den elektrischen Leitern 6 (Fig. 2 und 3) versehene Blechpa ket in ein Vergusswerkzeug 15 eingelegt. Die Vergussmasse 8, also insbesondere ein Kunst harz, wird u.a. in eine Statormitte 16 eingefüllt und danach durch das Einführen eines Kern stabes 17 in die Statormitte 16 in die Nuten 5 (Fig. 1) gedrängt. Um dabei die Nuten 5 poren frei zu füllen, wird vorzugsweise eine niedrigviskose, entgaste Vergussmasse 8 verwendet. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Verfahren zur weiteren Reduktion von Luftein schlüssen auch unter Vakuum durchgeführt werden, wozu das Vergusswerkzeug 15 in eine entsprechende Vorrichtung zum Evakuieren gegeben werden kann.

Um gleichzeitig mit dem Ausfüllen der Nuten 5 mit der Vergussmasse 8 die Kühlmittelkanäle 7 (Fig. 2) herstellen zu können, werden in die Nuten 5 Formstäbe 18 oder Formrohre bzw. entsprechend geformte Kerne (generell auch als Platzhalter bezeichenbar) eingeschoben, die nach dem Ausfüllen der Nuten 5 mit der Vergussmasse 8 wieder entfernt werden, sobald die Vergussmasse 8 die notwendige Festigkeit dazu aufweist. Die Formstäbe 18 oder Formrohre bzw. Kerne können beispielsweise aus Polytetrafluorethylen bestehen oder eine derartige Be schichtung aufweisen.

Wie bereits ausgeführt, kann die zumindest eine Sammelkanalwand 11 und damit der Sam melkanal 10 gesondert hergestellt und mit den Kühlmittelkanälen 7 verbunden, beispielsweise verklebt, werden.

In der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens zur Herstellung des Stators 1 wird jedoch die zumindest eine Sammelkanalwand 11 zusammen mit den Kühlmittelkanälen 7 her gestellt, also einstückig damit hergestellt. Das Verguss Werkzeug hierfür kann eine Abdeckung 19 aufweisen, in der zumindest ein Formelement 20 zur Ausbildung des zumindest einen Sammelkanals 10 und der zumindest einen Sammelkanalwand 11 angeordnet bzw. ausgebil det ist.

Wenn auf beiden Statorstirnflächen 9 des Stators 1 jeweils zumindest ein Sammelkanal 10 ausgebildet werden soll, kann das Vergusswerkzeug 15 eine weitere derartige Abdeckung 19 aufweisen. Diese kann auch durch den Boden des Vergusselementes 15 gebildet sein.

Generell können die Nuten 5 auch mit einem anderen Verfahren mit der Vergussmasse 8 ge füllt werden, beispielsweise mittels Heißtauchen oder Träufeln. Das Vollvergussverfahren wird jedoch bevorzugt.

Der Sammelkanal 10 bzw. die Sammelkanäle 10 werden bevorzugt als geschlossene Kanäle ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit diese z.B. in Form einer Halbschale herzu stellen und danach mit einer weiteren Halbschale zu verschließen.

Weiter weist der Sammelkanal 10 oder weisen die Sammelkanäle 10 vorzugsweise jeweils zu mindest einen Anschluss 21 (Fig. 4, Fig. 5) für die Zufuhr bzw. die Abfuhr des Kühlfluids in bzw. aus dem Sammelkanal 10 bzw. den Sammelkanälen 10 auf, die an unterschiedlichen Stellen platziert sein können, wie dies anhand von zwei Beispielen in den Figuren dargestellt ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass für die Ausbildung der Kühlmittelkanäle 7 vor dem Einbrin gen der Vergussmasse in die Nuten 5 die Formstäbe 18 oder Formrohre in die Nuten 5 einge führt werden, und dass zusätzlich vor dem Einbringen der Vergussmasse in die Nuten 5 die elektrischen Leitern 6 in die Nuten 5 eingebracht werden.

Gemäß einer, gegebebenfalls für sich eingenständigen, Ausführungsvariante der Erfindung dazu kann vorgesehen sein, dass die Formstäbe 18 oder Formrohre für die Ausbildung der Kühlmittelkanäle 7 in einer Vorrichtung eingebracht werden, in der auch die elektrischen Lei tern 6 in die Nuten 5 eingebracht werden. Diese Vorrichtung kann beispielsweise ein be kannte, jedoch für die Einbringung der Formrohre adaptierte Wickelmaschine sein. Werden anstelle einer Wicklung Pins als elektrische Leiter 6 eingesetzt, kann diese Vorrichtung eine entsprechende Maschine sein, wie sie für das einführen der Pins in die Statorbleche eingesetzt wird.

Vor allem bei Einsatz von Wicklungsautomaten für Pin- oder Formstabtechnik (manchmal auch als Steckwicklung bezeichnet) ist die Vorgehens weise des Einbringens der elektrischen Leiter 6 gemeinsam mit den Platzhaltern für die Kühlmittelkanäle oder entsprechender Kühl rohre vorteilhaft.

Die Vorrichtung zum Einbringen der elektrischen Leiter 6 in einen Stator oder Rotor für die elektrische Maschine kann an sich herkömmlich ausgeführt sein, und dementsprechend Zu führelemente für die Einführung der elektrischen Leiter 6 in die Nuten 5 eines Blechpakets für die Herstellung des Stators oder Rotors aufweisen. Darüber hinaus weist die Vorrichtung ab weichend von aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichutngen zusäzlich zumindest ein Zuführelement für die Einfühung von Formstäbe 18 oder Formrohre in die Nuten 5 als Platz halter für die Ausbildung von Kühlmittelkanälen 7 auf. Wenn dabei nur ein Zuführelement eingesetzt wird, können alle Nuten 5 gleichzeitig mit den Platzhaltern ausgerüstet werden.

Das Zuführelement kann dazu eine der Nuten 5 entsprechende Anzahl an Fingern aufweisen, auf denen die Formstäbe 18 bzw. Formrohre angeordnet sind. Die relative Position der Finger zueinander richtet sich dabei nach der Position der Nuten 5 im Blechpaket. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Formrohre bzw. Formstäbe 18 einzeln oder in Gruppen in die Nuten 5 eingeführt werden, womit auch eine dementsprechend größere Anzahl an Zuführelementen hiervor vorhanden ist. Die Gruppen umfassen dabei jeweils nur einen Bruchteil der Gesamtzahl an Formrohren bzw. Formstäben 18, wobei die Summe aller Grup pen die Gesamtzahl an Formrohren bzw. Formstäben 18 ergibt.

Prinzipiell kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter 6 nach der Anordnung der Formstäbe 18 oder der Formrohre in den Nuten 5 in letztere eingeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kann aber vorgesehen sein, dass die Formstäbe 18 oder Formrohre nach den elektrischen Leitern 6 oder gleichzeitig mit den elektrischen Leitern 6 in die Nuten 5 eingebracht werden. Dabei können die einzelnen Nuten 5 nacheinander mit den elektrischen Leitern 6 und den Formstäben 18 oder Formrohren befüllt oder in Gruppen auf geteilt gleichzeitig oder sämtliche Nuten 5 gleichzeitig befüllt werden.

Die Ausführungsvariante des Verfahrens, wonach die Formstäbe 18 oder Formrohre in der Vorrichtung eingebracht werden, in der auch die elektrischen Leitern 6 in die Nuten 5 einge bracht werden, kann für sich eine eigene Erfindung darstellen, sodass diese auch ohne den voranstehend genannten Sammelkanal 10 ausgeführt werden kann. Somit umfasst die Erfin dung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators 1 für eine elektrische Maschine, in dem mehreren Nuten 5 zur Aufnahme von jeweils zumindest einem elektrischen Leiter 6 ausgebil det werden, wobei in zumindest einigen der Nuten 5 zusätzlich zu dem zumindest einen elektrischen Leiter 6 jeweils zumindest ein Kühlmittelkanal 7 ausgebildet wird und das ver bleibende Restvolumen der Nuten 5 mit einer Vergussmasse 8 ausgefüllt wird, wobei die Formstäbe 18 oder Formrohre für die Ausbildung der Kühlmittelkanäle 7 in einer Vorrichtung eingebracht werden, in der auch die elektrischen Leitern 6 in die Nuten 5 eingebracht werden. Die Ausführungsvariante, wonach zumindest einige der Kühlmittekanäle 7 im Bereich zumin dest einer axialen Statorstimfläche 9 über zumindest einen Sammelkanal 10, der mit zumin dest einer Sammelkanal- wand 11 ausgebildet wird, miteinander verbunden werden, bildet dazu eine bevorzugte, aber nicht zwingende Au sführungs Variante des Verfahrens. Dement sprechend sind auch die weiteren voranstehend beschriebenen Ausführungsvarianten auf diese gegebenfalls unabhängige Erfindung, wonach der zumindest eine Sammelkanal 10 optional ist, ebenfalls anwendbar. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die voranste henden Ausführungen verwiesen.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander mög lich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Stators 1 dieser nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt ist.

Bezugszeichenaufstellung Stator

Axialrichtung

Blechelement

Radialrichtung

Nut

Leiter

Kühlmittelkanal

Vergussmasse

Statorstimfläche

Sammelkanal

Sammelkanalwand

Umfangsrichtung

Kontaktierung

Temperatursensor

Verguss Werkzeug

Statormitte

Kemstab

Formstab

Abdeckung

Formelement

Anschluss